O estudo para integração de análise modal operacional e do método de elementos finitos no monitoramento da integridade estrutural de barragens

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo preliminar para a integração da Análise Modal Operacional com o Método dos Elementos Finitos no monitoramento da integridade estrutural de barragens de concreto, através de um estudo de caso realizado no Trecho E da barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu. A análise dos sinais de vibração ambiental, medidos com o uso de acelerômetros de baixa frequência em diversos pontos do bloco de contraforte E5, indicou que as principais fontes de excitação dessa estrutura durante operação normal da usina são as perturbações hidráulicas das turbinas das unidades geradoras e as vibrações de origem magnética originadas nos geradores e transformadores. Dentre os parâmetros modais (frequências naturais, fatores de amortecimento modal e formas modais), as frequências naturais foram obtidas experimentalmente por meio da aplicação das técnicas de Análise Modal Operacional, pelo método da Decomposição no Domínio da Frequência. Esses parâmetros foram comparados com os resultados de análise teórica da mesma estrutura por meio do Método de Elementos Finitos. Os resultados obtidos indicam que a integração da Análise Modal Operacional com o Método de Elementos Finitos pode se constituir em uma ferramenta útil para o monitoramento da integridade estrutural de barragens.

Abstract: This paper presents a preliminary study for the integration of Operational Modal Analysis with the Finite Element Method in the monitoring of the structural integrity of concrete dams, through a case study carried out in section E of the dam of the Itaipu Hydroelectric Power Plant. The analysis of the ambient vibration signals, measured with the use of low frequency accelerometers at various points of the E5 buttress block, indicated that the main sources of excitation of this structure during normal operation of the plant are the hydraulic disturbances of the turbines of the generating units and the vibrations of magnetic origin originated in generators and transformers. Among the modal parameters (natural frequencies, modal damping factors, and modal forms), the natural frequencies were obtained experimentally using the techniques of Operational Modal Analysis, by the method of Decomposition in the Frequency Domain. These parameters were compared with the results of theoretical analysis of the same structure using the Finite Element Method. The results indicate that the integration of Operational Modal Analysis with the Finite Element Method can be a useful tool for monitoring the structural integrity of dams.